HDR-видео ( англ. High Dynamic Range Video , в переводе с англ. — «видео с расширенным динамическим диапазоном») — это технология отображения яркости и цветов в видео , которая появилась в 2014 году .

Она противопоставляется стандартному динамическому диапазону (SDR), который стал термином для более старой технологии . HDR дает возможность представить значительно более яркие блики, более тёмные тени, больше деталей и более красочные цвета по сравнению с тем, что было возможно ранее . HDR позволяет лучше использовать яркость, контрастность и цветовые возможности HDR-совместимых дисплеев ( телевизора , мобильного устройства , реже — монитора ). Технология не увеличивает возможности дисплея, и не все дисплеи с HDR имеют одинаковые возможности. Поэтому HDR-контент будет выглядеть по-разному в зависимости от используемого дисплея .

HDR10, HDR10+ , Dolby Vision и HLG — распространенные форматы HDR-видео .

Описание

До появления HDR улучшение качества изображения на дисплеях обычно достигалось за счет увеличения количества и плотности пикселей (разрешения) и частоты кадров дисплея. В отличие от этого, HDR улучшает воспринимаемую достоверность самих отдельных пикселей. Стандартный динамический диапазон (SDR) по-прежнему основан на характеристиках старых электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и ограничен ими, несмотря на огромный прогресс в технологиях экранов и дисплеев, произошедший после выхода ЭЛТ из употребления. HDR нацелен на преодоление этих ограничений .

Форматы SDR способны представить максимальный уровень яркости около 100 нит . Для HDR это число увеличивается как минимум до 1000 нит, а в некоторых случаях и до 10 000 нит. HDR также позволяет отображать более низкие (то есть более темные) уровни черного и более насыщенные (то есть более красочные) цвета. Наиболее распространенные форматы SDR ограничены гаммой Rec. 709 / sRGB , в то время как распространенные форматы HDR используют Rec. 2100 , которая является широкой цветовой гаммой (WCG) .

На практике HDR не всегда используется на пределе своих возможностей. Содержание HDR часто ограничено пиковой яркостью 1000 или 4000 нит и цветами DCI-P3, даже если они хранятся в форматах, способных на большее . Создатели контента могут выбирать, в какой степени использовать возможности HDR. Они могут ограничить себя пределами SDR, даже если контент поставляется в формате HDR .

Преимущества HDR зависят от возможностей дисплея, которые различны. Ни один современный дисплей не способен воспроизвести максимальный диапазон яркости и цветов, которые могут быть представлены в форматах HDR.

Преимущества

• Блики (то есть самые яркие части изображения) могут быть ярче, красочнее и детальнее. Больший потенциал яркости может быть использован для увеличения яркости небольших участков без увеличения общей яркости изображения, что приводит, например, к ярким отражениям от блестящих объектов, ярким звездам в темной ночной сцене, ярким и красочным объектам, излучающим свет (например, огонь и закат) .
• Тени/свет (то есть самые темные части изображения) могут быть более темными и детализированными .
• Красочные части изображения могут быть еще более красочными (если используется WCG) .

Технологии

В качестве величины для сравнения шкала измерения диапазона имеет стандартный динамический диапазон ( англ. Standard Dynamic Range , или SDR), включающий яркости от 0,1 кд/м² (нит, англ. nit) до 100 кд/м² и цветовое пространство Rec. 709 / sRGB .

Современные стандарты HDR-видео иногда предполагают диапазоны значений яркости, значительно превосходящие SDR , что допускает наличие промежуточных стандартов с диапазоном выше SDR, но не соответствующих минимальным требованиям HDR, однако общепризнанного названия для них не существует.

На тесно связанном с производством видеоконтента рынке компьютерных дисплеев международная ассоциация Video Electronics Standards Association (VESA) разработала стандарты для HDR-мониторов, среди которых минимальным для HDR является способность экрана стабильно отображать яркость в диапазоне от 0,4 до 400 кд/м² . Значение контраста в этом случае составляет 1000:1, что соответствует значению некоторых устройств SDR и, в этом случае можно говорить о смещении диапазона в более высокие значения, а не о его расширении.

Диапазон между минимальным и максимальным значениями яркости в кд/м² ( канделы на квадратный метр или свечи на квадратный метр) иногда указывают в технических характеристиках телевизора, монитора или видеокамеры в виде текста, но чаще в виде числа. В качестве единицы измерения динамического диапазона изображения используют принятую в фотоиндустрии ступень экспозиции , также называемый «шаг» или «стоп» на шкале экспозиционных чисел (сокращённо EV, от англ. Exposure Value). Увеличение на 1 стоп означает двукратный рост количества света, поступающего на сенсор камеры. Реже используется система, в которой 1 стоп равен десятикратному увеличению (измерение в децибелах ). Соответственно, при измерении динамического диапазона яркости в "стопах" (ступенях), их количество отсчитывается от минимального значения экспозиционного числа (количества света, попадающего на матрицу камеры, значения яркости) умножением значения на 2 при смещении на 1 ступень. Таким образом, динамическому диапазону в 10 "стопов" соответствует значение контраста видео 1:1024 ( ${\displaystyle 2^{10}}$ ). Это соотношение показывает разницу между яркостью самого тёмного фрагмента изображения и самого яркого, которые видеокамера может зафиксировать, а дисплей или телевизор отобразить. Все значения яркости ниже минимального значения устройства отображают на экране чёрным цветом, а все значения выше максимального белым цветом.

Формально минимальным диапазоном яркостей для HDR-видео является величина, превышающая SDR, то есть шире, чем от 0,1 кд/м² до 100 кд/м² или ≥10 «стопов» экспозиции. При этом возможно использование цветового пространства стандартного динамического диапазона Rec. 709 / sRGB. Для расширения диапазона яркости SDR и использования широких цветовых гамм (например, или Rec. 2100 ) желательна большая глубина цвета — 10 или 12 бит, но существуют форматы HDR-видео со стандартными для SDR глубиной цвета 8 бит и цветовой палитрой Rec. 709 , в частности SL-HDR1 (Technicolor HDR) .

При выборе формата HDR-видео, помимо технических характеристик получаемых изображений, производители электроники и создатели видеоконтента принимают во внимание стоимость использования технологии, её распространённость на рынке, совместимость с другими видеоустройствами, а также лицензионные требования к распространению полученной видеопродукции.

Для получения HDR-видео необходимо снимать, кодировать, хранить, обрабатывать, декодировать и воспроизводить материал в соответствующем стандарте HDR . На выставке CES 2018 компания Sony представила первую модель телевизора, способного воспроизводить максимальную яркость современных стандартов HDR-видео в 10 000 кд/м² .

Вычислительное видео

В смартфоне Apple iPhone Xs впервые была использована технология EDR (Extended Dynamic Range), позволяющая, используя один сенсор, за счёт последовательной съёмки двух кадров, полученных с разными ISO, после их объединения получать видео с расширенным динамическим диапазоном. Такое изображение, в отличие от большинства форматов HDR, можно просматривать на SDR-дисплеях, в то же время получая преимущества сохранения деталей как на тёмных участках кадра с более низким ISO, так и на ярких участках за счёт кадра с более высоким ISO . В то же время использование технологии EDR на HDR-дисплеях позволяет сохранить ещё больше информации снимаемого изображения, совмещая высокие характеристики динамического диапазона экрана с преимуществами EDR-алгоритмов объединения нескольких кадров, сделанных с разной светочувствительностью.

Примечания